第八章 旋光异构(立体化学)

CH3 C2H5
R
S
有2重对称轴的分子(2-丁烯)
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(2) 对称面σ(镜面)
某一平面将分子分为两半，就象一面镜子，实物（一半）与镜
象（另一半）彼此可以重叠，则该平面是对称面。
有对称面的分子 (氯乙烷)
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(3) 对称中心i
分子中有一中心点，通过 该点 所画的直线都以等距离 达到相同的基团，则该中心
点是对称中心。
有对称中心的分子
COOH C H3C H OH
-
•手性分子与其镜象分子互称为对映异构体，简称“对映体”.
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(一) 分子的对称性与手性的关系
有机分子是否有手性，与分子的对称性有关。
(1) 对称轴Cn(旋转轴)
以设想直线为轴旋转 360。/ n，得到与原分
子相同的分子，该直线
称为n重对称轴（又称n 阶对称轴）。
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(4) 交替对称轴(旋转反映轴)
分子绕设想直线为轴，旋转360。/ n后，再用一个与此直线垂
直的平面进行反映（即以此平面为镜面，作出镜象），如果得
到的镜象与原分子完全相同，该直线称为n重交替对称轴（称
Sn ）。
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(二)判别手性分子的依据
1、有对称面、对称中心、交替对称轴的分子均可与 其镜象重叠，是非手性分子；反之，为手性分子。
≡
≡
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（2）Ｆischer投影式
乳酸的分子模型和投影式
Ｆischer投影式: 1.两个竖立的键 —向纸面背后伸去的键; 2.两个横在两边的键—向纸面前方伸出的键. 3.碳架竖向排列，编号小的放在上面。
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思考：指出下列各组结构之间的关系 （对映体或相同化合物）
OH OH H COOH H CH3 COOH
异构.如乳酸:
乳酸的对映异构体 对映体的一般物理性质(熔点,沸点,相对密度...,以及光谱)都 相同,只有对偏振光的作用不同.
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•普通光是由各种波长的、在垂直于前进方向的各个平面内振 动的光波组成。 •偏振光：只在某一平面上振动的光，叫做“平面偏振光”， 简称“~”。
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旋光活性和比旋光度 1. 旋光活性
(四)含有一个手性碳原子的化合物的对映异构
•手性碳原子的概念—与四个互不相同 的基团相连的碳
原子。
W C X Z Y
镜面
W Y Z C X
• 有且只有一个手性碳原子的分子一定是手性分子。
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例：乳酸CH3CHOHCOOH
*
O
* CH 3 CH
C
OH
OH Lactic acid
乳酸
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构型的表示法，构型的确定和构型的标记 构型的表示法 （1）锲形式——比较直观
2、至于对称轴，并不能作为分子是否具有手性的判据。
3、大多数非手性分子都有对称轴或对称中心，只 有交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少 数。
∴既无对称面也没有对称中心的，一般判定为是 手性分子。
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(三) 对映异构体
•分子的手性是存在对映体的必要和充分条件.
•对映体的构造相同, 立体结构不同,这种立体异构就叫对映
•使偏振光振动平面旋转的物质，称为“旋光活性物 质”．它使偏振光振动平面旋转的角度称为“旋光 度”．(浓度、盛液管长度、温度、光波波长、溶剂
性质)
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旋光仪示意图
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2.比旋光度
由旋光仪测得的旋光度，不仅与物质的结构有关，而且与测定时 溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长以及溶剂等 因素有关。为比较不同物质旋光度的大小，用比旋光度来表示：
（“右”的意思）；反之，标记为“S”。
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基团次序规则：
1. 原子序数：与手性碳相连原子按原子序数从大到小排列。 2. 依次比较：与手性碳相连的第一个原子相同时，依次比较第 二个、第三个原子。 3. 双叁键乘倍：双键或三键看成两个或三个相同的原子。 4. “王牌”规则： 一个较大原子序数的原子比多个较小原子序数 的原子优先

t

B l
α 为旋光仪测得试样的旋光度 ρB 为试样的质量浓度，单位g / mL
若试样为纯液体则为密度
l 为盛液管的长度，单位 dm t 测样时的温度
λ为旋光仪使用的光源的波长
（通常用钠光， λ=589.3 nm，以D表示） 例如，用钠光灯作光源，在20℃时测定葡萄糖水溶液的比旋 。(水) 光度为＋52.5°，应记作： []20 = + 52.5 20 D
相同
（1）
CH3
CH3
对映体
CH3 Br H Br NH2
（ 2）
H NH2
COOH
对映体
COOH OH H CH 3
Biblioteka Baidu25
（ 3）
H CH 3
OH
构型的标记——R-S标记法
•将４个基团按次序规则排出大小顺序。 •把最小基团放在离观察者最远的位置，然后按由大到小次序观 察其他三个基团。 •若轮转方向是顺时针的，则该手性碳原子的构型标记为“ R”-
I, Br, Cl, -SO3H, F, CH3O-, HO-, -NO2, -NH2, -COOH, -CN, , HC C CH3CH2 (CH3)3C D H
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H2C CH
(CH3)2CH
CH3
•例如：假设基团顺序为 a＞b＞c＞d
顺时针
R
反时针
S
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A.三维结构：
OH OH
C2H5 H H CH3
第八章
立体化学
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同分异构现象
碳链异构(如:丁烷/异丁烷)
构造异构
官能团异构(如:醚/醇) 官能团位置异构(如:辛醇/仲辛醇) 互变异构
同分异构
构型异构 立体异构 构象异构
顺反异构 旋光异构
对映异构 非对映异构
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为什么要研究对映异构呢？因：
1．天然有机化合物大多有旋光现象。 2．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维 生素C可治抗坏血病，而右旋的不行）。 3．用于研究有机反应机理。
左右手互为镜象
左手和右手不能叠合
•一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有手性.
•在立体化学中,不能与镜象叠合的分子叫手性分子,而能叠合 的叫非手性分子.
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例: 乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH) 的立体结构：
COOH COOH
COOH H HO C CH3
H OH CH3 CH3 OH H
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手性和对映体
生活中的对映体(1)-镜象
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生活中的对映体(2) -镜象
左右手互为镜象
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1848年， Pasteur（巴斯德 法国化学家）在显
微镜下用镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒
石酸。
二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系，或者说左、右手 关系），且二者无论如何也不能完全重叠。
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镜象与手性的概念